黄河口泥沙异重流的特性、运动及机制-海洋地质专业论文.docx

黄河口泥沙异重流的特性、运动及机制摘要 黄河口泥沙异重流的特性、运动及机制 摘要 ／黄河以其巨大的含沙量著称于世，巨量的泥沙通过河12t输入渤海，不断形 、 成新的陆地，使得黄河三角洲的面积逐步扩大。自1855年黄河从山东入海以来， 大量的泥沙在河口地区堆积，各期流路河流于河口三角洲沉积交互重叠，海岸 线不断向海推进，向东北方向突出在渤海湾与莱州湾之间。由于黄河来沙量巨 大，而河口外的潮流作用相对较弱，大量的泥沙堆积在河口附近，河口沙嘴迅 速向外延伸。自古以来，黄河的频繁决口改道一直是人们生活安全的一大威胁， 到了近现代，黄河口的泥沙运动和冲淤问题一直受到海洋学家与河口学家的严 密关注。但是由于在河口地区进行调查研究工作存在相当大的困难，因此，仍 有很多重要的问题悬而未决。 近年来，由于人为和自然因素的影响，黄河入海的水沙锐减，河口地区的 动力性质发生了巨大的改变，必然会影响下游河道、河口三角洲以及海岸的演 变过程。垦东油田的发现，既为我们提供了一个机遇，同时又给我们提出了一 个问题：如何淤海成陆，降低油气开采的成本，这是摆在科研工作者面前的一 个极有挑战性的重大任务。 黄河由于含沙量高而水量少，所形成的水沙混合体的特征在很多时候并不 符合牛顿力学的基本观点，属于非牛顿流体的性质。同时，由于水少沙多的特 点，使得黄河的泥沙运动模式有别于其他大河。多年的研究发现，泥沙异重流 是黄河三角洲泥沙扩散的一种重要的模式。从实际意义上来说，对黄河口泥沙 异重流的研究有利于研究河口拦门沙的演化和治理问题，对黄河下游河道的稳 定和充分利用等一系列问题都具有重大的现实意义。 人类对海洋水下泥沙异重流的最早认识起源于19世纪末叶欧美海底电缆损 毁事件。泥沙异重流的概念最早是由Bates在1953年提出的。在Bates的研究 中，入海的河水被分成三种类型：异重流、等密度流和异轻流。从40年代末开 始到50年代，在油气勘探中作为浊流(泥沙异重流的一种)沉积的浊积岩被大 始到50年代，在油气勘探中作为浊流(泥沙异重流的一种)沉积的浊积岩被大 量辩识出来，并确认了浊积岩在油气开发中具有举足轻重的作用，从而在全球 掀起了一股浊流沉积热。很多科学家伪浊流沉积的研究投入了大量的精力。对 异重流的研究方法一是对异重流所形成的沉积物的研究，另一种是对异重流的 流动进行研究，近年来，数学模型技术的发展为异重流的研究提供了一种有力 的工具。但由于异重流本身的复杂性，对异重流的研究仍然存在这样或那样的 1 问题。心 ／ 本文所研究的区域位于黄河口海域，受多种动力作用的影响，海洋环境复 ， 杂。历史上黄河三角洲的地形地貌与黄河口流路发生了多次的演变。／近年来， ～ 黄河入海的水沙发生了巨大的变化，导致黄河入海水沙锐减的问题十分突出。 究其原因，一是由于人类活动所导致的耗水量的大幅度增长，另一方面与气候 的变化也有一定的关系。 黄河由于高含沙量的特点，使得水流的性质与一般的河流有明显的不同。 在一定的条件下，水沙混合体会出现结构应力，从而使水流流态发生改变。归 根到底这种异常的现象是由水体中的细颗粒泥沙导致的。细颗粒物质在水体中 的絮凝是影响水流性质的重要原因。在黄河口，由于盐水、有机物以及水流的 影响，絮凝作用将会更加突出。细颗粒物质的存在导致的絮凝使得黄河口泥沙 异重流由牛顿流体向非牛顿流体的转变成为可能。对黄河口异重流发育时期的 粒度和体积比含沙量之间关系的探讨使我们有理由相信洪季的异重流并不完全 是牛顿流体的性质。对黄河口水下滑坡体系的多年考察使我们确认流变现象在 黄河口确实存在的事实。 对黄河口枯季和洪季水文泥沙因子的对比研究让我们认识到：枯季水体的 层化程度明显高于洪季。受层化程度以及含沙量的影响，在枯季，淡水只能以 漂浮的羽状流的形式在黄河口海域扩散，不能下潜到海水以下形成异重流。黄 河口外平行等深线的潮流对泥沙的输移具有极为重要的作用，不论是在洪季还 是枯季，平行等深线泥沙的传输要远大于垂直等深线的传输。 根据多年的资料，我们确定了黄河三角洲水下发育的异重流具有两种类型， 一种是由河道直接排放到海水中并下潜产生的异重流，简称为A型：另一种是 在水深12米左右持续存在的异重流，简称为B型。A型异重流根据其密度的不 同可以分为低密度异重流和高密度异重流，其中低密度异重流存在的时间相对 同可以分为低密度异重流和高密度异重流，其中低密度异重流存在的时间相对 于高密度异重流要长。A型异重流由于其盐度低，含沙量高，密度高的特点在 水体垂向上能够呈现出“三明治”结构，这种结构属于黄河口异重流发育时水 体的特征结构，其他文献中鲜有报道。B型异重流一般存在于水深12米左右， 它的密度变化在整个潮周期中并不是很大，但它在垂向上所影响的范围比较大， 甚至可以到达水体的表层。